[发明专利]防止积留水液的热氧化系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造方法，特别是涉及一种防止在半导体工艺加热用反应系统内积留水液的热氧化系统和方法。

背景技术

半导体器件以及相应工艺中通常需要使用绝缘性质良好且具备化学稳定性的绝缘材料，特别是能与例如硅的衬底紧密结合且界面缺陷少的电绝缘材料。二氧化硅由于具有上述良好性质，被广泛应用在MOSFETs的栅氧化层、器件保护层、电隔离层、蚀刻停止层、防扩散层、衬垫层、层间绝缘层和电容介质膜等等。

制备SiO₂的方法有很多，包括热分解淀积、溅射、真空蒸发、阳极氧化、CVD、热氧化法等等，其中热氧化法制备的SiO₂具有很高的重复性和化学稳定性、能降低硅表面悬挂键从而使得表面态密度减小并且还能很好控制界面陷阱和固定电荷，因此成为制备SiO₂的主要技术手段或工艺。

热氧化法制备SiO₂是利用硅与含氧元素的氧化剂在高温下化学反应生成氧化硅。使用纯氧气O₂的热氧化法被称为干氧氧化，产品结构致密、干燥、均匀性和重复性好，通常高质量的氧化硅薄膜基本使用这种工艺。但是干氧氧化生长速率慢，对于薄层的栅氧化层还能适用，但是对于较厚的层间氧化层或隔离膜就显得不经济实用了。

目前制备厚膜SiO₂的方法是采用湿法氧化，如图1A所示为现有的湿法氧化制备SiO₂的氧化系统。反应炉1具有反应气体的进气口2(其他例如炉门、炉体加热装置等均未显示)，进气口2与水汽产生室5通过管道3相连，管道3还通过其上的三通阀4与载气或稀释气的进气管道6相连，进气管道6连接外部储气罐或外部管线(未示出)以用于输送通常为N₂或Ar的惰性气体，水汽产生室5连接原料气体的进气管道7，其中进气管道7具有集管8以从外部储气罐或外部管线(未示出)分别输入纯O₂和纯H₂，进气管道7上还耦合(连接、包围或设置在附近)有加热器9，加热器9采用电阻式、电磁线圈式等非燃烧式加热器。在进气管道7外部进行加热到约700℃，使得高温的纯O₂和纯H₂在水汽产生室5内化学反应产生水汽，所产生的水汽在载气进气管道6中惰性气体的推动和带入下通过管道3进入反应炉1中，在反应炉1中水汽H₂O与晶片中的Si反应生成SiO₂和H₂(Si+H₂O——＞SiO₂+H₂)。这种氧化系统中，作为氧化剂的水汽H₂O的压力可以由输入的纯氧和纯氢的压力、流速等等来调节，此外，作为载气的惰性气体例如N₂的存在也能减缓氧化硅反应速度从而控制薄膜质量。

但是，载气通常是使用商业购买的气罐或输送管线来载入的，载气的温度通常与室温相同或相近，约23℃。在整个氧化系统工作过程中，低温的载气与高温的水汽在阀门4相遇并共用一段管道3直至进去反应炉1中，此时一部分高温的水汽在低温载气的冷却下会凝结成液体水，聚集在阀门4至进气口2之间，如图1B所示为图1A的局部放大图，其中阴影部分代表液态水。水蒸汽在进入炉管腔体之前凝结，造成主氧化步骤的水汽量减少。相当于减少了菜单(Recipe)中H₂和O₂的气体流量。这势必改变了薄膜质量和厚度，这对热氧化SiO₂要求非常高的半导体行业而言，是不愿意发生的。此外，液态水长期聚集在阀门4到进气口2的管道3部分，会造成管道3的腐蚀，腐蚀穿孔之后外部空气或杂质进入管道并带入反应炉内，污染炉内环境，造成晶片质量严重下降，甚至是全部产品报废。

总而言之，现有的热氧化系统存在上述缺陷，需要改进热氧化系统以避免反应系统内积聚液态水。

发明内容

由上所述，本发明的目的在于提供一种改进热氧化系统及其方法，以避免反应炉内积聚液态水。

本发明提供了一种热氧化系统，包括：反应炉，用于湿法氧化制备氧化硅；水汽产生室，原料气体在所述水汽产生室内反应生成水汽，通过管道输送进入所述反应炉；原料气体进气管道，用于向所述水汽产生室提供所述原料气体；载气进气管道，用于向所述反应炉提供所述载气；加热器，耦合至所述原料气体进气管道，用于加热所述原料气体以促使其反应生成水汽；其特征在于，还包括加热装置，耦合至所述载气进气管道。